Site Loader

Содержание

Законы постоянного тока — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете
  • Что общего у электрического тока с водой?
  • В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления?
  • Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке?
  • Фамилия какого ученого стоит миллион?

«Все, кина не будет. Электричество кончилось». Наверное, никого не оставит равнодушным популярная фраза из широко известного фильма «Джентльмены удачи». Ведь действительно: бесит, когда сидишь за просмотром любимого сериальчика, вдруг — бамс! Вырубили свет, и зарядки ноута, как назло, не хватило. И не выработаешь электричество в домашних условиях, а жаль… Но вот понять, как оно работает — это мы сможем сделать в статье.

Электрический ток

В наше время трудно себе представить жизнь без электричества. Телевизор не посмотреть, телефон не зарядить, чай не попить… Ни один электроприбор в доме не будет работать без электричества. А объявление об отключении электроэнергии, вызывает тихий ужас.

Электричество — это форма энергии, которая существует в виде статических или подвижных электрических зарядов.

Что общего у электрического тока с водой?

А что же тогда такое электрический ток? В принципе, его можно сравнить с водой. Из чего состоит вода? Из молекул. Когда эти молекулы движутся в одном направлении, то они образуют поток воды, который течет, например, по трубам.

Так же и электрический ток. Он образуется потоком заряженных частиц, которые движутся по проводам. 

Сформулируем определение:

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Чтобы электрический ток существовал, необходимо выполнение следующих условий:

— наличие свободных заряженных частиц;
— наличие электрического поля;
— наличие замкнутой электрической цепи.

Основными количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и напряжение, основной электрической характеристикой проводника является электрическое сопротивление.

Сила тока

Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени . 

\(I = \frac{q}{t}\), где

I — сила тока (А),
q — электрический заряд (Кл), 
t — время (с).

Единица измерения IА (ампер) = \(\frac{Кл}{с}\).

Представим, что внутри проводника “бегут” в одном направлении огромное количество заряженных частиц. Так вот, чем больше этих частиц пробежит за единицу времени, тем больше будет значение силы тока.

Прибор для измерения силы тока — амперметр. Он включается в цепь последовательно. Пример подключения представлен на рисунке:

Чтобы внутри цепи существовал электрический ток, цепь должна быть замкнута и между концами участка цепи должно существовать напряжение.

Напряжение

Напряжение  — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил  при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда .

\(U = \frac{A}{q}\), где 

U — напряжение (В),
A — работа тока на участке цепи (Дж), 
q — электрический заряд (Кл).

Электрический ток не ленится. Он любит работать. А работать он будет при движении частиц, то есть когда частицы будут перемещаться из одного конца цепи в другой. И чем больше они будут работать, тем большее напряжение получится.

Единица измерения UВ (Вольт) = \(\frac{Дж}{Кл}\)

Прибор для измерения силы тока — вольтметр. Он включается в цепь параллельно. 

Пример подключения представлен на рисунке:

Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц..

Электрическое сопротивление

Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

\(R = \frac{pl}{S}\), где 

R — сопротивление (Ом),
p — удельное сопротивление проводника, 
l — длина проводника (м),S — площадь поперечного сечения проводника (мм²).

Единица измерения RОм.

Удельное сопротивление проводника можно посмотреть в таблице ниже, для каждого материала будет свое значение.

В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления?

Сопротивление — это внешнее свойство, зависящее от количества присутствующего материала. 
Удельное сопротивление — это внутреннее свойство проводника, которое не зависит от его размера.

Получается, что прежде всего на то, каким будет сопротивление, влияют размеры проводника, его форма, материал, из которого он сделан. 

Удельное сопротивление проводника зависит также от температуры. Когда температура твердых тел увеличивается, то удельное сопротивление возрастает. А в растворах и расплавах — наоборот, уменьшается.

Некоторые значения приведены в таблице:

Таблица удельных сопротивлений проводников

МеталлУдельное сопротивление, Ом * мм2/ м
Серебро0,0015
Медь0,018
Золото0,023
Алюминий0,029
Вольфрам0,055
Железо0,098

Давайте поразмышляем: что чему сопротивляется? 

Причина электрического сопротивления кроется во взаимодействии зарядов разного знака при протекании тока по проводнику. Это взаимодействие можно сравнить с силой трения, стремящейся остановить движение заряженных частиц.

Чем сильнее взаимодействие свободных электронов с положительными ионами в узлах кристаллической решетки проводника, тем больше сопротивление проводника.

Проводник с определенным постоянным сопротивлением называется резистор.

Вернемся к сравнению электрического тока с водой: как молекулы воды из крана движутся сверху вниз, так и электрический ток направлен от  “+” к “−”. Электрический заряд соответствует массе воды, а напряжение — напору воды из крана.

Закон Ома

Сила тока, напряжение и сопротивление связаны между собой соотношением, которое называется закон Ома:

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

\(I = \frac{U}{R}\) , где 

I — сила тока (А),
U — напряжение (В), 
R — сопротивление (Ом).

Данный закон справедлив для участка цепи, на который не действуют сторонние силы.

Работа и мощность электрического тока

Вернемся к понятию работы. Мы говорили, при перемещении заряда по проводнику электрическое поле совершает работу (А):

A = qU

Если мы выразим заряд из формулы силы тока q=It, то получим, формулу для расчета работы электрического поля (А) при протекании постоянного тока (или просто работа тока):

А = UIt , где

A — работа электрического тока (Дж),
U — напряжение (В),
I — сила тока (А),
t — время прохождения тока (с).

Единица измерения АДж (Джоуль).

В быту ток совершает работу длительное время, поэтому при определении затраченной электрической энергии используют единицу измерения кВт * ч. Киловатт в час — это энергия, которая потребляется устройством мощностью 1 кВт в течении 1 часа. Учитывая, что 1 ч=3600 с, получим:

1 кВт*ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж = 3600 кДж

Если же работу тока рассчитать за единицу времени, то мы получим мощность постоянного электрического тока.

Мощность — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии.

\(P = \frac{A}{t}\) , где 

P — мощность (Вт),
A — работа электрического тока (Дж), 
t — время прохождения тока (с).


Единица измерения PВт (Ватт).

Средняя мощность тока равна:

\(P = \frac{A}{t} = \frac{qU}{t} = IU = \frac{U^2}{R} = I^2R\)

Мощность электроприбора всегда указывается в документации, прилагающейся к нему. Кроме того, нередко ее пишут на самом приборе. Давайте посмотрим на утюг, или стиральную машину дома. Мы увидим, что утюг имеет мощность 1000 Вт, а обычная энергосберегающая лампочка, всего 40 Вт (на то она и сберегающая). Чем больше мощность прибора, тем больше энергии он будет потреблять. Примеры мощностей различных приборов представлены на рисунке:

Закон Джоуля — Ленца
Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке?

Когда приборы подключены в сеть, мы можем заметить, что они нагреваются. Очень часто это наблюдается, когда телефон подключен на зарядку, а мы продолжаем по нему звонить, использовать интернет и прочее. Это плохо влияет на телефон: перегрев батареи и корпуса могут быстрее привести девайс в негодность. 

Почему так происходит?

Электрический ток оказывает тепловое действие на проводник. Количество теплоты, которое при этом выделяется, будет рассчитываться по закону Джоуля — Ленца:

Количество теплоты, выделяемое за время в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления проводника:

Q = I2Rt , где 

Q — количество теплоты (Дж),
I — работа электрического тока (Дж), 
R — сопротивление (Ом),t — время прохождения тока (с).

Единица измерения QДж (Джоуль).

В электронагревательных приборах используются проводники с высоким сопротивлением, что обеспечивает выделение тепла на определенном участке. Проволоку из нихрома применяют в электронагревательных элементах, работающих при температуре до 1000 ℃ .

Фамилия какого ученого стоит миллион?

Первый ввел понятие “электрический ток” в науку Андре — Мари Ампер. Такой вопрос был последним в игре «Кто хочет стать миллионером?» от 20 января 2018 г. Но участники не смогли ответить на этот вопрос, и мечта получить свой миллион, не исполнилась.

Еще немного про электричество…

  • Постоянный электрический ток используется в работе двигателей электротранспорта, схемах автомобилей, электронике и др.
  • Электричество есть и в нашем организме. Мышечные клетки сердца при сокращении производят электроэнергию, эти импульсы можно измерить с помощью электрокардиограммы (ЭКГ).
  • Бенджамин Франклин (да—да, президент Америки) провел множество опытов в 18 веке и создал громоотвод.
  • В древности люди считали, что если молния ударила в курган — значит там зарыто сокровище.
  • Птичку, сидящую на проводах, ток не бьет. Но если эта птичка коснется земли, то ей мало не покажется. Именно поэтому необходимо заземление приборов.

Термины

Источник тока — устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды.

Сторонние силы — силы неэлектрического происхождения, вызывающие разделение зарядов в источнике тока.

Фактчек
  • Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени: \(I = \frac{q}{t}\)
  • Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил А при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда: \(U = \frac{A}{q}\)
  • Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи: \(R = \frac{pl}{S}\)
  • Мощность  — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии: \(P = \frac{A}{t}\)
  • Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении: \(I = \frac{U}{R}\).
  • Закон Джоуля— Ленца: количество теплоты Q, выделяемое за время t  в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока I на этом участке и сопротивления R проводника: Q = I2Rt.
  • Работа электрического поля при протекании постоянного тока (или просто работа тока): А = UIt.

Проверь себя

Задание 1.
Упорядоченное движение заряженных частиц — это:

  1. Электрическое поле
  2. Электрический ток
  3. Электрическая мощность
  4. Работа тока

Задание 2.
Удельное сопротивление проводника:

  1. Зависит от температуры
  2. Не зависит от температуры 

Задание 3.
Формула для расчета силы тока:

  1. I = Ut
  2. I = UIt
  3. I = I2Rt
  4. \(I = \frac{q}{t}\)

Задание 4. 
Что такое мощность электрического тока:

  1. Работа за единицу времени
  2. Отношение заряда к единице времени
  3. Произведение силы тока на сопротивление
  4. Тепло, выделяемое на резисторе

Задание 5.  
Причина электрического сопротивления:

  1. Во взаимодействии зарядов одинакового знака
  2. В отсутствии взаимодействия между зарядами
  3. Во взаимодействии зарядов разного знака
  4. В передаче тепла

Ответы: 1.— 2; 2. — 1; 3.— 4; 4.— 1; 5. — 3

Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома 8 класс презентация, доклад, проект

Слайд 1
Текст слайда:

Конкурс презентаций «Интерактивная мозаика» интерактивное пособие

Беляева Надежда Владимировна
МАОУ «СОШ №140» г. Перми
учитель информатики


Слайд 2
Текст слайда:

Сила тока Напряжение Сопротивление Закон Ома

Физика, 8 класс


Слайд 3
Текст слайда:

Содержание:

Электрический ток
Сила тока
Амперметр
Напряжение
Вольтметр
Сопротивление
Омметр
Реостат, резистор, магазин сопротивления
Закон Ома
Лабораторная работа
Вопросы для самоконтроля
Список источников


Слайд 4
Текст слайда:

Кристаллическая решетка металла

В узлах кристаллической решетки расположены «+» ионы, между которыми хаотично движутся свободные электроны

Металлы являются хорошими проводниками благодаря свободным заряженным частицам – электронам


Слайд 5
Текст слайда:

Электрический ток — упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц

Электрический ток

Условия возникновения электрического тока в проводнике:

наличие свободных заряженных частиц (электронов, ионов)
электрическое поле

Направление электрического тока: от + к –


Слайд 6
Текст слайда:

в металле:
электроны движутся от – к +
ток направлен в сторону, противоположную направлению движения электронов


Слайд 7
Текст слайда:

Сила тока

Сила тока — физическая величина, равная заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника за единицу времени

Обозначение: I
Единица измерения: 1А (Ампер)

Формула:

Измерительный прибор: амперметр


Слайд 8
Текст слайда:

Слайд 9
Текст слайда:

Амперметр


Слайд 10
Текст слайда:

Амперметр включается п о с л е д о в а т е л ь н о


Слайд 11
Текст слайда:

При включении амперметра в цепь не имеет значения, с какой стороны (слева или справа) от исследуемого элемента его подключать.

 


Слайд 12
Текст слайда:

Измерение силы тока
(видеофрагмент опыта)

Мультимедийное приложение к учебнику С.В. Громова и Н.А. Родиной «Физика. 9 класс» (Просвещение Медиа, Новый диск)


Слайд 13
Текст слайда:

Амперметр лабораторный


Слайд 14
Текст слайда:

Слайд 15
Текст слайда:

Слайд 16
Текст слайда:

Слайд 17
Текст слайда:

Шкала амперметра


Слайд 18
Текст слайда:

Цена деления и пределы измерения прибора


Слайд 19
Текст слайда:

Принцип действия прибора


Слайд 20
Текст слайда:

Шунт – проводник, подключаемый параллельно амперметру для расширения пределов его измерений.

Часть измеряемого тока ответвляется и через амперметр будет идти ток меньше измеряемого


Слайд 21
Текст слайда:

Слайд 22
Текст слайда:

Напряжение  – скалярная физическая величина, равная работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда

Обозначение: U

Единица измерения в СИ: 1В (вольт)

Напряжение

Формула:

Измерительный прибор: вольтметр


Слайд 23
Текст слайда:

Слайд 24
Текст слайда:

Вольтметр


Слайд 25
Текст слайда:

Вольтметр включается п а р а л л е л ь н о


Слайд 26
Текст слайда:

Измерение напряжения
(видеофрагмент опыта)

Мультимедийное приложение к учебнику С. В. Громова и Н.А. Родиной «Физика. 9 класс» (Просвещение Медиа, Новый диск)


Слайд 27
Текст слайда:

Вольтметр лабораторный


Слайд 28
Текст слайда:

Вольтметр СССР, 1940 год


Слайд 29
Текст слайда:

Слайд 30
Текст слайда:

Слайд 31
Текст слайда:

Шкала вольтметра


Слайд 32
Текст слайда:

Цена деления и пределы измерения прибора


Слайд 33
Текст слайда:

Принцип действия прибора


Слайд 34
Текст слайда:

Дополнительное сопротивление – проводник, подключаемый последовательно с вольтметром для расширения пределов его измерений


Слайд 35
Текст слайда:

Ток через лампочку и напряжение на ней


Слайд 36
Текст слайда:

А

V


Слайд 37
Текст слайда:

Сопротивление

Сопротивление – скалярная физическая величина, характеризующая свойство проводника противодействовать электрическому току

Обозначение: R

Единица измерения: 1Ом (Ом)

Измерительный прибор: Омметр


Слайд 38
Текст слайда:

Омметр


Слайд 39
Текст слайда:

Слайд 40
Текст слайда:

Слайд 41
Текст слайда:

Слайд 42
Текст слайда:

Измерение сопротивления
цифровым мультиметром


Слайд 43
Текст слайда:

Причина электрического сопротивления:
взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки.


Слайд 44
Текст слайда:

Направленному движению электронов мешают их столкновения с колеблющимися тяжелыми и большими ионами кристаллической решетки. Это и создает сопротивление движению электронов — вызывает электрическое сопротивление металла.


Слайд 45
Текст слайда:

Зависимость сопротивления проводника от его длины
(видеофрагмент опыта)

Мультимедийное приложение к учебнику С.В. Громова и Н.А. Родиной «Физика. 9 класс» (Просвещение Медиа, Новый диск)


Слайд 46
Текст слайда:

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:

ρ – удельное сопротивление
l – длина проводника
S – площадь поперечного сечения проводника


Слайд 47
Текст слайда:

Зависит от вещества и его состояния (температуры)

Единица измерения: 1 Ом ⋅ м

Удельное сопротивление – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения


Слайд 48
Текст слайда:

Слайд 49
Текст слайда:

Резистор – устройство с постоянным сопротивлением.


Слайд 50
Текст слайда:

Слайд 51
Текст слайда:

Реостат – устройство с переменным сопротивлением, предназначенное для регулирования силы тока и напряжения в электрической цепи.

Физика, 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий (1С)


Слайд 52
Текст слайда:

Слайд 53
Текст слайда:

Реостат
(видеофрагмент опыта)

Мультимедийное приложение к учебнику С.В. Громова и Н.А. Родиной «Физика. 9 класс» (Просвещение Медиа, Новый диск)


Слайд 54
Текст слайда:

Магазин сопротивлений


Слайд 55
Текст слайда:

Зависимость силы тока

от напряжения и сопротивления


Слайд 56
Текст слайда:

R =

Таблица 1

Результаты


Слайд 57
Текст слайда:

Закон Ома

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению


Слайд 58
Текст слайда:

Слайд 59
Текст слайда:

Закон Ома наглядно


Слайд 60
Текст слайда:

Ампер Андре Мари
1775-1836

Алесандро Вольта
1745 — 1827

Георг Ом
1787 — 1854


Слайд 61
Текст слайда:

«Виртуальная физика» (Д. В. Баяндин, О.И. Мухин, РЦИ ПГТУ). 

Содержание учебной работы: определение пределов измерения, цены деления, погрешности измерения и показаний прибора; запись результата измерения с учетом погрешности

Виртуальный тренажер


Слайд 62
Текст слайда:

Виртуальная лабораторная работа

Содержание учебной работы: 
Сборка электрической цепи
Измерение силы, тока, напряжения, сопротивления с помощью цифрового мультиметра.
Исследование зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.

Начала электроники

Открытая физика: Часть 2 ( «Физикон»)


Слайд 63
Текст слайда:

Дайте определение электрического тока.
При каких условиях возникает электрический ток?
Чем отличается движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие и при наличии внешнего электрического поля?
Как направлен электрический ток?
В каком направлении движутся электроны в металлическом проводнике, по которому протекает электрический ток?
Что называют силой тока?
Какова единица измерения силы тока?
Каким прибором измеряют силу тока? Как он подключается?
Что такое напряжение?
Какова единица напряжения?
Каким прибором измеряют напряжение? Как он подключается?
Что такое сопротивление? Какова причина сопротивления?
Какова единица сопротивления?
Каким прибором измеряют сопротивление? Как он подключается?
Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вопросы для самоконтроля


Слайд 64
Текст слайда:

Список литературы

Список электронных учебных изданий

Перышкин А.В. Физика. 8 класс.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс.

Физика, 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий (1С)
Открытая физика, ч.2 (Физикон)
Мультимедийное приложение к учебнику С.В. Громова и Н.А.
Родиной «Физика. 9 класс» (Просвещение Медиа, Новый диск)
«Виртуальная физика» (Д.В. Баяндин, О.И. Мухин, РЦИ ПГТУ). 
Начала электроники (http://zeus.malishich.com )


Слайд 65
Текст слайда:

http://www.fizika.ru
http://school.xvatit.com
http://fizportal.ru
http://slovari.yandex.ru
http://cxem.pp.ua
http://www.td-medstar.ru
http://microschemes.pp.ua
http://base.eworld.ru
http://www.ww2.ru
http://portal.etherway.ru

Список ресурсов Интернет

http://www. go-radio.ru
http://hystory.ru
http://radionostalgia.ca
http://www.pribortorg.by
http://www.avito.ru
http://omop.su
http://www.proshkolu.ru
http://masteram.com.ua
http://solo-project.com

иллюстрации


Урок физики в 8-м классе по теме «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи»

Тема урока: Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи.

Цель урока: Установить зависимость между силой тока, напряжением на однородном участке электрической цепи и сопротивлением этого участка.

Задачи урока:

  • Выяснить, что сила тока в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным
  • выяснить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление не меняется.
  • научиться применять закон Ома для участка цепи при решении задач.
  • научиться определять силу тока, напряжение по графику зависимости между этими величинами, а также сопротивление.

Оборудование: Экран,  демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока, ключ, соединительные провода, демонстрационный магазин сопротивлений, ТСО, портреты ученых.

План урока

  1. Организационный момент.
  2. целью подготовки к восприятию нового материала.
  3. Изучение нового материала.
  4. Закрепление знаний, умений и навыков.
  5. Домашнее задание.
  6. Подведение итогов урока.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Учитель: По словам русского поэта ХIХ века Якова Петровича Полонского,

Царство науки не знает предела –
Всюду следы ее вечных побед,
Разума слово и дело,
Сила и свет.

Эти слова по праву можно отнести  к теме, которую мы сейчас изучаем — электрические явления.  Они подарили нам много открытий, осветивших нашу жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще неопознанного вокруг! Какое поле деятельности для пытливого ума, умелых рук и любознательной натуры. Так что запускайте свой «вечный двигатель», и вперед!
Вспомним, что изучая тему «Электрические явления», вы узнали основные величины, характеризующие электрические цепи.

2. Актуализация знаний учащихся

Учитель: В начале,  пожалуйста, перечислим основные величины, характеризующие электрические цепи.

Ученики: Сила тока, напряжение и сопротивление.

Учитель:  А теперь, дайте небольшую характеристику каждой из этих величин, по следующему плану:

  1. Название величины.
  2. Что характеризует данная величина?
  3. По какой формуле находится?
  4. В каких единицах измеряется?
  5. Каким прибором измеряется или изменяется?

Ученики:
Сила тока – характеризует электрический ток в проводнике.
– формула для нахождения силы тока, где q-заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, t-время прохождения заряда. Единица измерения – ампер. Измеряется сила тока – амперметром.
Напряжение-величина, которая характеризует электрическое поле.
– формула для нахождения напряжения, где А- работа по переносу заряда через поперечное сечение проводника, q-заряд. Единица измерения – вольт. Напряжение измеряется  вольтметром.
Сопротивление характеризует сам проводник, обозначается – R, единица измерения 1Ом.

Учитель:  на доске заполняем таблицу 1:

Таблица 1

Физическая величина

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Обозначение      
Единица измерения      
Прибор для измерения или изменения      

Правильно, заполненная таблица 1:

Таблица 1

Физическая величина

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Обозначение

I

U

R

Единица измерения

1 А
(1 Ампер)

1 В
(1 Вольт)

1 Ом

Прибор для измерения или изменения

Амперметр

Вольтметр

Проводник

 Учитель: Ребята, а что вы знаете об ученых,  открывших силу тока, напряжение, сопротивление?

(Ученики приготовили сообщения об ученых физиках)

Ученики: Единицы измерения физических величин силы тока, напряжения и сопротивления, названы в честь ученых открывших их. Ампер, Вольт и Ом.

Андре-Мари Ампер – на его памятнике высечена надпись:  «Он был также добр и также прост, как и велик». Славился своей рассеянностью. Про него рассказывали, что однажды он с сосредоточенным видом варил в воде свои часы 3 минуты, держа яйцо в руке.

Алессандро Вольта – был рыцарем почетного легиона, получил звание сенатора и графа. Наполеон не упускал случая посетить заседания Французской академии наук, где он выступал. Изобрел электрическую батарею, пышно названную «короной сосудов».

Георг Ом – немецкий физик. Опыты и теоретические доказательства были описаны им в главном труде «Гальваническая цепь, разработанная математически», вышедшем в 1827 г.

Разноуровневые задания:

Задание №1

1. Сколько ампер в 250 мА?

А) 250 А;
Б) 25 А;
В) 2,5 А;
Г) 0,25 А.

2. Вставьте пропущенное определение:

Величина, равная … называется электрическим напряжением.

А) произведению мощности на силу тока;
Б) отношению мощности к силе тока;
В) отношению работы к величине электрического заряда.

3. Начертите схему электрической цепи: источник тока, ключ, амперметр, соединительные провода,  две лампочки и вольтметр, измеряющий напряжение на одной из лампочек.

Ответ: (1 – Г; 2 – В; 3 – Рис.1)

Рис. 1

Задание №2

1. Сколько киловольт  в 750 В?

А) 750000 кВ;
Б) 0,75 кВ;
В) 75 кВ;
Г) 7,5 кВ.

2. Вставьте пропущенное определение:

Величина, равная … называется силой тока.

А) отношению работы к величине электрического заряда;
Б) отношению электрического заряда ко времени;
В) произведению работы  на время.

3.  Начертите схему электрической цепи: источник тока, ключ, амперметр, соединительные провода, две лампочки и вольтметр, измеряющий напряжение на  двух лампочках.

Ответ: (1 – Б; 2 – Б; 3 – Рис.2)

Рис. 2

3. Изучение нового материала

Учитель: На прошлых уроках ребята, мы изучали силу тока, напряжение и сопротивление в отдельности. Сегодня мы перед собой поставили цель: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи. Выясним,  как зависит сила тока от сопротивления, если напряжение остается постоянным.
Обратимся к опыту:

1. Соберем цепь, состоящую: источника тока, амперметра, вольтметра, проводников сопротивлением 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом.

2. В цепь по очереди включаем проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается  постоянным. Силу тока в цепи измеряем амперметром.

Результаты измерений поместим в таблицу 2:

Таблица 2

№ опыта Напряжение на концах проводника, В Сопротивление проводника, Ом Сила тока в цепи, А

1

2

1

2

2

2

2

1

3

2

4

0,5

Учитель: Что вы наблюдали?

Ученики: С увеличением сопротивления сила тока уменьшается.

Учитель: Какой вывод можно сделать из этого?

Ученики: Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Учитель: Выясним,  как зависит сила тока от напряжения, если при этом сопротивление не меняется. Обратимся к опыту:

1. Соберем цепь, состоящую из источника тока - аккумулятора, амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединенного к спирали вольтметра.

2. Присоединяем к первому аккумулятору второй, затем третий такой же, замыкаем цепь и отмечаем показание приборов при каждом подключении  дополнительного аккумулятора.

Результаты измерений поместим в таблицу 3:

Таблица 3

№ опыта

Напряжение на концах проводника, В

Сопротивление проводника, Ом Сила тока в цепи, А

1

2

4

0,5

2

4

4

1

3

6

4

1,5

Учитель: Что вы наблюдали?

Ученики:  При увеличении напряжения в два раза, сила тока увеличилась вдвое. При трех аккумуляторах напряжение на спирали увеличилось втрое,  во столько же раз увеличилась сила тока.

Учитель: Какой вывод из этого можно сделать?

Ученики: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Учитель: Используя результаты опытов, и выводы сделанные из них,  установим зависимость  силы тока, напряжения и сопротивления.

Такая запись носит название закона Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Учитель:

Историческая справка: Этот закон открыл немецкий физик Георг Ом в  1827 году. Французские школьники изучают этот закон под именем Пуйе — французского физика, установившего этот же закон, но спустя 10 лет.
Учитель: Для того, чтобы вам было легче запомнить формулу закона Ома можно воспользоваться следующим способом её записи. (рис. 3)  

 

Рис. 3

           ;                  ;                   U = I * R

Физическая пауза

Учитель: Прежде чем приступить к решению задач проведем физическую паузу. Представим,  что мы с вами пассажиры автобуса…

  • автобус резко трогается с места – ученики должны наклониться назад.
  • автобус тормозит – отклонится вперед.
  • автобус поворачивает направо – наклоняются влево.
  • автобус поворачивает налево – наклоняются вправо.

Учитель: Какое физическое явление вы изображали?

Ученики: Инерция – явление сохранения скорости тела, когда на это тело не действуют внешние силы.

4. Закрепление умений и навыков

Используя закон Ома для участка цепи, решим задачу.

Задача 1.

Напряжение на зажимах электрического утюга 220 В, сопротивление нагревательного элемента утюга 50 Ом. Чему равна сила тока в нагревательном элементе?

Дано:

U = 220 В
R = 50 Ом

I – ?

Решение:

Ответ: 4,4 А

Задача 2.

На рис.4  изображен график зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Определите сопротивление каждого из проводников. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?

 

Рис. 4

Учитель:  Решаем эту задачу по вариантам. Вариант 1 – находит сопротивления проводника А. Вариант 2 – находит сопротивление проводника В.

Вариант 1.

Дано:

U = 6B
I = 3A

RA –  ?

Решение:

;

Ответ: 2 Ом

Вариант 2.

Дано:

U = 4B
I = 1A

RB – ?

Решение:

;

;

Ответ: 4 Ом.

Ученики:  2 Ом < 4 Ом , значит   RARB,  сопротивление проводника А меньше, чем сопротивление проводника В.   

5. Домашнее задание: п.42–44, упр.19 № 3,4

6. Подведение итогов урока, оценки работы учащихся

Учитель:  Молодцы ребята, очень хорошо потрудились, хорошо решали задачи, внимательно слушали и принимали активное участие в выводе закона Ома. Как для каждого прошел урок, мы сейчас увидим по результатам самодиагностики.

Самодиагностика (учащиеся поднимают одну из трех карточек, лежащих у них на парте).

  • Красная карточка – удовлетворен уроком, урок полезен для меня, я работал и получил заслуженную оценку; я понимал все, о чем говорилось.
  • Желтая карточка – урок был интересен, я отвечал с места, сумел выполнить ряд заданий. Мне на уроке достаточно комфортно.
  • Зеленая карточка – пользы от урока я получил мало, я не очень понимал, о чем идет речь, к ответу на уроке я был не готов.

Задачи по темам «Сила тока. Напряжение. Сопротивление.» 8 класс

Сила Тока. Напряжение, Работа тока. 8 класс

  1. Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

  2. За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

  3. В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

  4. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

  5. Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

  6. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

  7. В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

  8. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

Д.З._________________________________________

  1. По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

  2. Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

  3. Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

  4. При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

  5. Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

  1. Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм2 , Чему равно сопротивление провода?

  2. Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

  3. Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

  4. Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

  5. Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

  6. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Сила Тока. Напряжение, Работа тока. 8 класс

  1. Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

  2. За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

  3. В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

  4. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

  5. Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

  6. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

  7. В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

  8. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

Д.З._________________________________________

  1. По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

  2. Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

  3. Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

  4. При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

  5. Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

  1. Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм2 , Чему равно сопротивление провода?

  2. Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

  3. Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

  4. Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

  5. Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

  6. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Вариант №1

  1. Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

  2. Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

  3. При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

  4. Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

  5. Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?

  6. Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм2. Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 

  7. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

Вариант№2

  1. Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

  2. За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

  3. При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

  4. Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

  5. Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?

  6. При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм2. Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028 

  7. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

Вариант №1

  1. Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

  2. Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

  3. При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

  4. Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

  5. Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?

  6. Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм2. Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 

  7. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

Вариант№2

  1. Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

  2. За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

  3. При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

  4. Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

  5. Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?

  6. При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм2. Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028 

  7. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

Зависимость силы тока от напряжения – график, формула закона

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 112.

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 112.

Электрический ток — это упорядоченное движение электрических зарядов или заряженных макроскопических тел. Направление электрического тока I совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц: заряды движутся под воздействием электрического поля, которое создается в проводнике в результате приложенного к концам проводника напряжения U. Как величина силы тока зависит от величины напряжения? Попробуем разобраться.

Величина силы тока

По определению силой тока называется физическая величина равная величине заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время t:

$$ I = { q\over t } $$

Если сила тока не зависит от времени, то такой электрический ток называется постоянным. Рассмотрим далее именно такой случай, когда ток постоянен. Измерить величину заряда чрезвычайно трудно, поэтому в 1826 г. немецкий физик Георг Ом поступил следующим образом: в электрической цепи, состоящей из источника напряжения (батареи) и сопротивления, он измерял величину тока при разных значениях сопротивления. Затем, не меняя величину сопротивления, он стал изменять параметры источника напряжения, подключая сразу, например, два-три источника. Измеряя величину тока в цепи, он получил зависимости силы тока от напряжения U и от сопротивления R.

Рис. 1. Схема измерений тока и напряжения Георга Ома.

Закон Ома

В результате проведенных исследований Георг Ом обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

$$ R= { U \over I } $$

где R электрическое сопротивление. Данная формула называется законом Ома, который до сих пор является основным расчетным инструментом при проектировании электрических и электронных схем.

Если по оси абсцисс отложить значения напряжения, а по оси ординат — значения тока в цепи при данных значениях напряжения, то получится график зависимости силы тока I от напряжения U.

Рис. 2. График зависимости силы тока от напряжения.

Из этого графика видно, что эта зависимость линейная. Угол наклона прямой зависит от величины сопротивления. Чем больше R, тем меньше угол наклона.

Рис. 3. График зависимости силы тока от сопротивления.

Если зафиксировать напряжение U и по оси абсцисс откладывать значения R электрического сопротивления, то из полученного графика видно, что эта зависимость уже нелинейная — с ростом сопротивления поведение тока описывает обратно пропорциональной функцией — гиперболой.

Закон Ома перестает работать при больших величинах тока, так как начинают работать дополнительные эффекты, связанные с тепловым разогревом вещества, ростом температуры. В газах при больших токах возникает пробой, ток растет лавинообразно, отклоняясь от линейного закона.

От чего зависит величина сопротивления

Эксперименты показывают, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:

$$ R = ρ *{ L \over S } $$

где ρ удельное электрическое сопротивление вещества.

Единицы измерения

В международной системе единиц СИ единица измерения электрического сопротивления называется “ом” в честь физика Георга Ома. По определению электрическим сопротивлением 1 Ом обладает участок цепи, на котором падает напряжение 1 В при силе тока 1 А.

$$ [1 Ом] ={ [1 В]\over [1 А] } $$

Единица измерения удельного сопротивления получается производной от единиц величин, входящих в фориулу: сопротивления, длины и площади. То есть в системе СИ получатся, что если R = 1 Ом, S = 1 м2, а L = 1 м, то ρ = 1 .

Это и есть единица измерения удельного сопротивления. Но на практике оказалось, что у реальных проводов площади сечений гораздо меньше 1 м2. 2] \over [м]} $$

Величину тока измеряют амперметром, а величину напряжения — вольтметром. При проведении очень точных измерений, необходимо учитывать внутреннее сопротивление этих приборов.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что зависимость силы тока в электрической цепи описывается с помощью закона Ома. Сила тока I прямо пропорциональна величине U напряжения, и обратно пропорциональна сопротивлению R.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

  • Im Posable

    10/10

Оценка доклада

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 112.


А какая ваша оценка?

Закон

Ом: связь между напряжением, сопротивлением, мощностью и током | Джейсон Холл

В начале 19 века немецкий физик Георг Ом обнаружил, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на проводнике. Это открытие легло в основу того, что стало известно как закон Ома, который описывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R):

Закон Ома легко запомнить, если вы запомните пирамиду ниже. Просто закройте значение, которое вы хотите найти, и будет показан требуемый расчет. Примеры: чтобы найти напряжение, закройте V, и ответ будет I x R. Чтобы найти ток, закройте I, и ответ будет V/R. Чтобы найти сопротивление, закройте R, и ответ будет V/I.

Колесо формул закона Ома показывает расчеты, необходимые для определения напряжения, тока, сопротивления, а также мощности. Мощность – это скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи.

Чтобы использовать колесо формул, вам нужно знать только две переменные, чтобы найти третью. Например, если вы знаете ток и сопротивление в цепи, вы можете рассчитать мощность, производимую путем возведения тока в квадрат и умножения его на сопротивление: I² x R.

Электродвижущая сила, или ЭДС, может считаться давлением, которое заставляет электроны течь в электрической цепи. ЭДС может упоминаться как напряжение, разность электрических потенциалов, электрическое давление или электрическое напряжение. В Международной системе единиц ЭДС измеряется в вольтах ( В ).

Электрическое сопротивление ( R ) материала является мерой его сопротивления протеканию тока. Единицей сопротивления в системе СИ является ом. Хотя все материалы сопротивляются электрическому току, некоторые материалы имеют очень низкое сопротивление (проводники), а другие имеют очень высокое сопротивление (изоляторы).

Факторами, влияющими на сопротивление материала, являются его удельное сопротивление, его ширина, длина и температура. Каждый материал имеет определенное удельное сопротивление, которое является мерой того, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток. Широкий проводник имеет меньшее сопротивление, чем узкий проводник, а длинный проводник имеет большее сопротивление, чем более короткий (см. ниже аналогию с водой). Холодный проводник имеет меньшее сопротивление, чем теплый, из-за влияния температуры на электроны внутри проводника: в холодной среде электроны меньше сталкиваются друг с другом, чем при более высокой температуре, что позволяет им перемещаться от атома к атом, несущий свой заряд более эффективно.

Электрическая мощность ( P ) — скорость передачи электрической энергии по электрической цепи. Другой способ думать об электроэнергии состоит в том, что это скорость выполнения работы, измеряемая в ваттах. Один ватт — это скорость, с которой совершается работа, когда ток в один ампер протекает по цепи с электрическим потенциалом (напряжением) в один вольт. Мощность обычно измеряется в киловаттах в час или киловатт-часах (кВтч).

Электрический ток ( I ) скорость потока электрического заряда. Единицей силы тока в системе СИ является ампер или ампер. Ампер определяется как поток электрического заряда в один кулон в секунду, где кулон является единицей электрического заряда в системе СИ.

Как было сказано ранее, электрический ток — это скорость потока заряда. Заряд — это фундаментальное свойство электричества, присутствующее в электронах и протонах. Из уроков физики мы знаем, что протоны заряжены положительно, а электроны — отрицательно. Когда эти частицы движутся, возникает электрический ток.

Чтобы лучше понять разницу между напряжением, сопротивлением, током и мощностью, полезно представить себе электричество как воду, текущую по трубе. Напряжение похоже на давление, которое гонит воду по трубе, в то время как сопротивление можно рассматривать как ограничение потока воды внутри трубы из-за таких факторов, как ширина трубы и длина трубы. Узкая труба создает большее сопротивление, чем более широкая труба, а более длинная труба создает большее сопротивление, чем более короткая. Ток — это расход воды, где мощность можно рассматривать как работу, которую может выполнять поток воды, например, вращение крыльчатки в насосе.

  • Закон Ома, V = IR описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
  • Напряжение также известно как разность электрических потенциалов (ЭДС), электрическое давление или электрическое напряжение и измеряется в вольтах.
  • Сопротивление является мерой сопротивления материалов протеканию тока и измеряется в омах. На сопротивление влияет удельное сопротивление материала, его форма и температура.
  • Электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается по цепи, и измеряется в ваттах. Его также можно рассматривать как скорость выполнения работы.
  • Ток — это скорость протекания электрического заряда, измеряемая в амперах.
  • Электрический заряд переносится отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами внутри атома.
  • Поведение электричества аналогично поведению воды в трубе.

Руководство для новичков по напряжению, току и сопротивлению

Хотите узнать больше об электричестве? Что ж, тогда вам нужно будет узнать о напряжении, токе и сопротивлении, а также о различных ролях, которые они играют в электрической цепи.

  TL;DR 
Напряжение — это измерение «давления» в электрической системе, измеряемое в вольтах.
Ток — это скорость прохождения электронов через точку, измеряемая в амперах. 
Сопротивление — это мера противодействия протеканию тока в цепи. 

Эти концепции могут быть очень сложными для понимания, поскольку напряжение, ток и сопротивление не видны человеческому глазу, но это скорее теоретические концепции, которые мы должны попытаться визуализировать.

Но все становится проще, когда вы начинаете понимать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это движение электронов, а поскольку движущиеся электроны создают заряд, движение электронов можно использовать для выполнения работы.

Простые устройства, такие как лампочки, и сложная электроника, такая как компьютеры и телефоны, функционируют благодаря движению электронов.

Напряжение, ток и сопротивление можно описать в терминах движения электронов. Начнем с понимания того, что такое напряжение.

1 Разница и сравнение: напряжение и ток

2 Последние мысли

3 Остались вопросы?

Разница и сравнение : Напряжение и ток

Короче говоря, напряжение — это сила «давления» в цепи. Точнее, это измерение разности потенциалов энергии между двумя точками. Ток — это измерение количества электронов, протекающих через точку цепи в секунду.

Что такое напряжение?

Понимание определения напряжения — это первый шаг к пониманию того, как работают электроприборы. В любой цепи электроны движутся от отрицательного конца к положительному концу источника.

Напряжение — это давление, с которым источник питания проталкивает электроны по цепи.

Измеряется в вольтах (единица СИ «В») как разница заряда между двумя точками цепи. На заре электричества напряжение называлось электродвижущей силой (ЭДС), поэтому напряжение представлено буквой «Е» в таких уравнениях, как закон Ома.

Напряжение названо в честь Алессандро Вольта, итальянского физика, который изобрел гальваническую батарею, которая превратилась в современную бытовую батарею.

Напряжение используется взаимозаменяемо с термином «разность потенциалов», который определяется как разность потенциальной энергии между двумя точками. Другими словами, напряжение рассматривается как мера электрического потенциала между двумя точками цепи.

Важно помнить, что разницу в энергии можно измерить только между двумя точками. Без привязки к двум точкам цепи невозможно определить напряжение.

Величина этой разницы помогает определить объем работы, которую может выполнить схема. Например, типичная батарея типа АА имеет разность потенциалов 1,5 В. Напротив, электрические розетки в домах имеют разность потенциалов 120 В.

Поскольку электрические розетки имеют более высокое «давление» движения электронов, они могут питать более крупные приборы, чем батарейки АА.

Чем полезно измерение напряжения?

Напряжение чаще всего измеряется для устранения неполадок в цепях.

Цепи строятся с основной целью подачи энергии на некоторую нагрузку. Нагрузка может быть небольшой, как бытовой прибор, или большой, как промышленная машина.

Технические специалисты понимают, как должна работать цепь, потому что напряжение и ток цепи всегда указаны на нагрузке. Если на цепи нет паспортной таблички, производители включают подробную схему цепи, чтобы помочь техническим специалистам правильно ее отремонтировать.

Цифры на паспортной табличке или в руководстве помогают техническим специалистам понять, какие показания следует ожидать от цепи. Измерение напряжения мультиметром помогает техническому специалисту объективно понять, в чем может быть проблема.

Как измерить напряжение в простой цепи?

Мультиметр или вольтметр лучше всего подходят для измерения напряжения.

  1. Перед включением цифрового мультиметра (DMM) подсоедините черный провод к отрицательному разъему, а красный провод к положительному разъему.
  2. Включите цифровой мультиметр и настройте его на максимальное значение, ожидаемое от схемы. Но имейте в виду, что лучше всего установить цифровой мультиметр на максимальное значение, которое он может измерить.
  3. Прикоснитесь черным проводом к точке с более низким напряжением, а красным проводом к точке с более высоким напряжением.
  4. Возможно, вам придется отрегулировать переключатель диапазонов, чтобы получить максимально точные показания. Однако некоторые цифровые мультиметры имеют функцию автоматического выбора диапазона, которая избавляет вас от необходимости делать это.
  5. Вы увидите показания напряжения на мультиметре.

Измерить напряжение в простых цепях очень просто. Но для измерения напряжения в более совершенных схемах необходимо понимать, какое приложено напряжение.

Точно так же, как вы можете измерить напряжение на цепи, вы также можете измерить напряжение на компоненте в цепи. Напряжение на компоненте представляет собой более низкое напряжение, которое уменьшается за счет внутреннего сопротивления указанного компонента.

С другой стороны, приложенное напряжение — это напряжение, подаваемое на компонент.

Зная эту разницу, вы сможете понять разность напряжений в разных точках цепи.

Как ток и сопротивление связаны с напряжением?

Ток и сопротивление в цепи представляют собой скорость потока электронов и трение против потока электронов в этой точке цепи соответственно.

Сила тока измеряется в Амперах (А), единица измерения, названная в честь Андре-Мари Ампера. В уравнениях ток обозначается буквой «I». ознакомьтесь с нашей подробной статьей о том, какой размер резистора для вашего светодиода.

С другой стороны, сопротивление измеряется в омах (Ом), единица, названная в честь Георга Симона Ома. Ему приписывают обнаружение взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением в так называемом законе Ома. В уравнениях сопротивление обозначается буквой R.

Закон Ома гласит, что ток, протекающий в данной цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению в цепи и обратно пропорционален сопротивлению в цепи. Важно отметить, что для применения этого закона температура должна оставаться постоянной.

  Ток в амперах  =  Напряжение  (в вольтах)  Сопротивление  (в омах) 

Или

 I = V/R 

Вот как вы должны понимать это:

3 900 Напряжение в цепи увеличивается , ток в цепи также увеличится. С другой стороны, если сопротивление в цепи увеличится, ток в цепи уменьшится.

Мы можем использовать уравнение закона Ома для определения значения тока, напряжения или сопротивления, если у нас есть два других соответствующих значения.

Для решения для напряжения уравнение закона Ома можно переставить, как и SO:

Напряжение = Ток * Сопротивление.

Сопротивление = Напряжение / Ток

Заключительные мысли

вы хотите построить что-нибудь электрическое или просто понять, как работают розетки в вашем доме.

Остались вопросы?

Напишите мне в комментариях ниже, и я сделаю все возможное, чтобы помочь вам!

Быстрый вопрос, если вы читали мой пост и что-то из него узнали, пожалуйста, поделитесь им .

Вольтамперные характеристики: Пояснение | StudySmarter

При изучении электрических цепей мы часто используем закон Ома, который представляет собой соотношение между тремя связанными величинами. Для описания материалов и схем необходимо изучить вольт-амперные характеристики и их поведение для различных устройств и установок.

Прежде всего, что такое закон Ома?

Закон Ома гласит:

Для проводника с постоянной температурой ток, проходящий через него, пропорционален разности потенциалов на нем, учитывая, что физические условия и сопротивление остаются постоянными.

Или, на математическом языке:

В — разность потенциалов (измеряется в вольтах, В), I — электрический ток (измеряется в амперах, А), R — электрическое сопротивление (измеряется в омах, Ω) . Это уравнение фиксирует линейная зависимость между разностью потенциалов и электрическим током.

Но что такое сопротивление? Короче говоря, сопротивление — это коллективный эффект среды, препятствующей движению зарядов (ток). Сопротивление зависит от многих факторов, таких как тип используемого материала и температура материала.

Поскольку установить разность потенциалов относительно просто, мы можем генерировать определенный электрический ток, изменяя сопротивление. Электрический ток возникает, когда мы устанавливаем разность потенциалов между двумя сторонами проводника. Поскольку мы можем изменить ток, изменив сопротивление, интересно изучить как это сопротивление влияет на ток . Поэтому стоит изучить поведение сопротивления материалов и схем для создания устройств, которые служат разным целям.

Закон Ома гласит, что зависимость между напряжением в цепи и током, протекающим через нее, является линейной и, как правило, постоянной. Это приближение к поведению большинства материалов.

Неомические материалы

Как правило, сопротивление не является константой, полученной путем деления разности потенциалов на электрический ток. Сопротивление на самом деле является произвольной функцией R(V, I) , что зависит от разности потенциалов и тока. Закон Ома является линейным приближением для небольшой области этого соотношения. В неомических материалах сопротивление не соответствует линейному приближению.

Если у нас есть связь между током I и напряжением V(I), мы можем рассчитать сопротивление следующим образом:

Если связь между напряжением и током линейно пропорциональна, т. , производная показывает, что константой пропорциональности является сопротивление. Для других видов зависимости мы находим другие функции. На графике ниже показано, почему закон Ома примерно справедлив в небольшом диапазоне значений тока и разности потенциалов.

Линейная аппроксимация, commons. wikimedia.org

Для общей функции (зеленой), которая не является прямой линией, мы всегда можем ограничиться очень небольшим диапазоном, где связь может быть оценена линейной зависимостью, т. е. прямой линия. Чем меньше диапазон, тем лучше приближение.

Если зеленая функция выше отражает зависимость между напряжением и электрическим током, мы видим, что для небольшого диапазона, где напряжение и ток изменяются незначительно, функция аппроксимируется красной линией. Затем мы можем использовать закон Ома для определения сопротивления без необходимости дифференцировать.

Вольт-амперные характеристики

Вольт-амперные характеристики – это кривые, определяющие зависимость между электрическим током и разностью потенциалов устройства.

Давайте изучим несколько примеров этих кривых в разных устройствах и выясним, какие выводы мы можем из них сделать.

Вольт-амперные характеристики омического резистора

Вольт-амперные характеристики омических резисторов :

  • График ВАХ для омического резистора представляет собой прямую линию .
  • Кривая проходит через начало координат , что означает, что при нулевой разности потенциалов мы имеем нулевой ток.
  • Ток прямо пропорционален разности потенциалов. Константа пропорциональности – это сопротивление.

График ВАХ для омического резистора представляет собой прямую линию .

Вольт-амперные характеристики нити накала

Нити — это материалы, используемые в лампах , которые состоят из металлов, которые светятся, когда через них проходит определенный ток. Нити накала — это тип электрического устройства, называемого термистором , , который представляет собой материал, сопротивление которого зависит от его температуры.

Поскольку сопротивление чувствительно к теплу, а ток нагревает материал, протекая через него, сопротивление изменится. Этот эффект наблюдается на ВАХ нитей. Технически все материалы ведут себя таким образом, но некоторые ведут себя в очень умеренном масштабе, который мы не можем измерить.

Вольт-амперные характеристики лампы накаливания:

  • График I-V показывает рост тока с меньшей скоростью, чем разность потенциалов (напряжение).
  • В диапазонах, где напряжение не слишком сильное, ток не очень сильный и температура не очень высокая. Это означает, что сопротивление не высокое и ток может протекать легко.
  • В диапазонах с высоким напряжением (положительным или отрицательным) генерируемый ток очень велик и температура быстро растет. Поскольку температура повышается, сопротивление увеличивается и протекание тока уменьшается. При достаточно высоком напряжении достигается максимальный ток.

Для ламп накаливания график I-V показывает увеличение тока с меньшей скоростью , чем разность потенциалов (напряжение).

Вольт-амперная характеристика диода

Диод представляет собой полупроводник , пропускающий ток в определенном направлении (но не в противоположном). Он работает как проводник или очень хороший резистор в зависимости от направления тока.

Вольт-амперные характеристики диодов:

  • При протекании тока в направлении работы проводника (положительная разность потенциалов) происходит резкое увеличение тока после определенных значений напряжения, а сопротивления резко снижается. Это делается для порогового значения, которое определяет, когда диод начинает проводить электричество.
  • Когда ток пытается течь в направлении, которое ведет себя как резистор (отрицательная разность потенциалов), ток приблизительно отсутствует. Сопротивление близко к бесконечности.

Диоды могут работать как проводник или очень хороший резистор в зависимости от направления тока.

Вольт-амперные характеристики солнечного фотоэлектрического элемента

Солнечный фотоэлектрический элемент представляет собой устройство, преобразующее свет в электрическую энергию . Их работа основана на фотоэлектрическом эффекте: высвобождении электронов материалом под воздействием электромагнитного излучения определенного частотного диапазона. Чем выше частота света, тем интенсивнее индуцируемый электрический ток.

Вольт-амперные характеристики солнечных фотогальванических элементов немного отличаются, потому что в этом случае мы имеем контроль над генерируемым током ed , и наша цель состоит в том, чтобы создать разность потенциалов.

  • В области положительной разности потенциалов ток может произвольно возрастать и появится постоянная разность потенциалов e . Мы не можем эффективно использовать его в этом регионе. Это область, где материал не получает света.
  • По мере того, как количество падающего света начинает расти, ток становится все более и более отрицательным, и появляется отрицательная разность потенциалов , которая может расти произвольно в зависимости от характеристик света и материала.

Графики ВАХ для резистора, диода и батареи, commons.wikimedia.org

Вольт-амперные характеристики — основные выводы линейная и, как правило, постоянная. Это приближение к поведению большинства материалов.

  • Зависимость между напряжением и током нелинейна. Он определяется сопротивлением, которое измеряет препятствие среды протеканию тока.
  • Полезно изучить вольтамперные характеристики или ВАХ различных устройств и материалов, чтобы понять, как они работают.
  • Диоды, нити накала и фотогальванические элементы являются хорошими примерами неомических устройств, которые служат различным целям.
  • Обзор электрического тока, напряжения и сопротивления | Три основные электрические величины

    Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

    Электричество Ток, напряжение и сопротивление являются тремя основными электрическими свойствами. Проще говоря,

    ток : это направленный поток заряда через проводник.
    Напряжение : сила, создающая ток.
    Сопротивление : сопротивление току, обеспечиваемому материалом, компонентом или схемой.

    Электрический ток, напряжение и сопротивление — три основных свойства электрической цепи. Отношения между ними определяются основным законом работы цепи, называемым 9.0031 Закон Ома .

    Электрический ток

    Как вы знаете, внешняя сила может оторвать электрон от родительского атома. В меди (и других металлах) требуется очень небольшая внешняя сила для образования свободных электронов. На самом деле тепловая энергия (тепло), присутствующая при комнатной температуре (22 0 C), может генерировать свободные электроны. Количество генерируемых электронов напрямую зависит от температуры. Другими словами, более высокие температуры генерируют больше свободных электронов.

    Движение свободных электронов в меди является случайным, когда не применяется направляющая сила. То есть свободные электроны в меди хаотичны, когда не применяется направляющая сила. То есть свободные электроны движутся во всех направлениях, как показано на рис. 1 . Поскольку свободные электроны движутся во всех направлениях, этот суммарный поток электронов в любом направлении равен нулю.

    Рисунок 1 Случайное движение электронов в меди

    Рисунок 2 Показывает, что происходит, когда внешняя сила заставляет все электроны двигаться в одном направлении. В этом случае к одному концу меди прикладывается отрицательный потенциал, а к другому — положительный. В результате все свободные электроны перемещаются от отрицательного к положительному, и мы можем сказать, что имеем направленный поток заряда (электронов). Этот направленный поток электронов называется электрический ток .

    Рисунок 2 Направленное движение электронов в меди.

    Давайте посмотрим, что происходит в более широком масштабе, когда движение электрона направляется внешней силой. В Рисунок 3 отрицательный потенциал направляет поток электронов (ток) к положительному потенциалу. Ток проходит через лампу, заставляя ее производить свет и тепло. Чем интенсивнее ток (то есть больше его значение), тем больше света и тепла производит лампочка.

    Рисунок 3 Ток через основную цепь лампы.

    Электрический ток обозначается в формулах буквой I (Для интенсивности). Сила тока определяется количеством заряда, протекающего в секунду. Чем больше поток заряда в секунду, тем интенсивнее ток.

    Кулоны и Амперы

    Изменение одного электрона недостаточно для получения практической единицы измерения заряда. Следовательно, Кулон (C) используется как основная единица заряда. Один кулон равен общему заряду 6,25 × 10 18 электронов. Когда один кулон заряда проходит точку за одну секунду, мы имеем один Ампер (А) электрического тока. Другими словами,

    $\begin{matrix}1\text{ ампер=1 кулон в секунду} \\Or \\1\text{ A=1 Кл/с} \\\end{matrix}$

    Полный ток, проходящий через точку (в амперах), можно найти, разделив общий заряд (в кулонах) на время (в секундах). По Формуле

    \[\begin{matrix}I=\frac{Q}{t} & {} & \left( 1 \right) \\\end{matrix}\]

    Где

    I= интенсивность электрического ток в амперах

    Q= общий заряд в кулонах

    T= время прохождения зарядом точки в секундах

    Это соотношение проиллюстрировано в примере 1 .

    Пример 1

    Три кулона заряда проходят через медный провод каждую секунду. Каково значение электрического тока? 9{C}/{}_{s}=3A\]

    Пример 1 включен сюда, чтобы помочь вам понять взаимосвязь между амперами, кулонами и секундами. На практике электрический ток не рассчитывается с помощью уравнения 1 , потому что вы не можете напрямую измерить кулоны заряда. Как вы узнаете, есть гораздо более практичные способы расчета тока.

    Две теории: обычный ток и поток электронов.

    Существуют две теории, описывающие электрический ток, и вы столкнетесь с обеими на практике.

    Теория Обычный ток определяет ток как поток заряда от положительного к отрицательному. Эта теория называется «традиционным током», потому что это более старый из двух подходов к току, и в течение многих лет он был единственным, которому обучали за пределами военных и ремесленных училищ.

    Электронный поток — более новая из двух текущих теорий. Теория потока электронов определяет ток как поток электронов от отрицательного к положительному 9.0012 .

    Две теории электрического тока противопоставлены на Рис. 4 . Каждая цепь содержит батарею и лампу. Обычный ток начинается с положительной клеммы аккумулятора, проходит через колени и возвращается к аккумулятору через отрицательную клемму. Поток электронов направлен в противоположном направлении: он начинается с отрицательной клеммы, проходит через лампу и возвращается к батарее через ее положительную клемму.

    Рисунок 4 Обычный ток и поток электронов.

    Ничего не стоит то, что две схемы в Рисунок 4 идентичны. Единственная разница между ними заключается в том, как мы описываем электрический ток. На практике то, как вы смотрите на ток, не влияет ни на расчеты схемы, ни на измерения, ни на процедуры испытаний. Тем не менее, вы должны освоиться с обеими точками зрения, поскольку обе они используются многими инженерами и техниками, а также техническими публикациями. В этом тексте мы берем поток электронов приближение к току. То есть мы будем считать, что ток — это поток электронов от отрицательного к положительному.

    Постоянный ток (DC) в сравнении с переменным током (AC)

    Ток обычно классифицируется как постоянный ток (DC) или переменный ток (AC). Различия между постоянным и переменным током показаны на рис. 5 .

    Рисунок 5 Постоянный ток (DC) и переменный ток (AC).

    Постоянный ток однонаправленный. То есть поток заряда всегда в одном направлении. Термин постоянный ток обычно подразумевает, что ток имеет фиксированное значение. Например, на графике рис. 5а показано, что ток имеет постоянное значение 1А. Хотя подразумевается фиксированное значение, значение постоянного тока может изменяться. Однако направление тока не меняется.

    Переменный ток — двунаправленный. То есть направление тока постоянно менялось. Например, в рисунок 5b , график показывает, что ток достигает пикового значения в одном направлении, а затем достигает пикового значения в другом направлении. Обратите внимание, что переменный ток, представленный на графике, не только меняет направление, но и постоянно меняет свое значение.

    Электрический ток производит тепло

    Всякий раз, когда через компонент или цепь генерируется электрический ток, выделяется тепло. Количество тепла зависит от уровня тока: чем больше ток, тем больше тепла он производит. Вот почему многие сильноточные компоненты, такие как двигатели, нагреваются во время работы. Некоторые сильноточные цепи нагреваются настолько, что их необходимо охлаждать.

    Тепло, выделяемое электрическим током, иногда бывает желательным. Тостеры, электрические плиты и тепловые лампы — это обычные предметы, которые используют тепло, выделяемое током.

    Рисунок 6 Высокий ток заставляет горелку нагревательного элемента печи светиться красным.

    Собираем все вместе

    Свободные электроны генерируются в меди при комнатной температуре. Когда они ненаправлены, движение этих свободных электронов является случайным, и суммарный поток электронов в любом направлении равен нулю.

    Под действием внешней силы свободные электроны вынуждены двигаться в одном направлении. Этот направленный поток заряда называется электрическим током.

    Электрический ток обозначается буквой I, что означает интенсивность. Сила тока зависит от количества перемещенного заряда и времени, необходимого для его перемещения.

    Электрический ток измеряется в амперах (А). Когда один кулон тока проходит через точку каждую секунду, у вас есть один ампер тока.

    Есть две текущие теории . Теория потока электронов описывает ток как поток заряда (электронов) от отрицательного к положительному. Традиционная теория тока описывает ток как поток заряда от положительного к отрицательному. Оба подхода широко распространены. То, как вы смотрите на ток, не влияет на результат каких-либо расчетов схемы, измерений или тестовых процедур.

    Большинство электрических и электронных систем содержат цепи как постоянного (DC), так и переменного тока (AC). В цепях постоянного тока ток всегда имеет одно и то же направление. В цепях переменного тока ток постоянно меняет направление.

    Вопросы для повторения

    Как образуются свободные электроны в проводнике при комнатной температуре?

    Тепловой энергии (тепла) при комнатной температуре достаточно для образования свободных электронов.

    Что такое электрический ток? Какие факторы влияют на силу электрического тока?

    Ток – это направленный поток электронов в материале. Сила тока зависит от количества перемещенного заряда и времени, необходимого для его перемещения.

    Что такое кулон?

    Один кулон равен общему заряду 6,25 × 10 18 электронов.

    Что такое основная единица электрического тока?

    Ампер — основная единица измерения электрического тока. Он определяется как 1 кулон в секунду или 1 А = 1 Кл/с.

    Сравните теорию потока электронов и общепринятую теорию тока.

    Традиционная теория тока определяет ток как поток заряда от положительного к отрицательному. Поток электронов — это поток заряда от отрицательного к положительному.

    Напряжение

    Напряжение можно описать как силу, которая создает поток электронов (ток) в цепи. В этом разделе мы подробно рассмотрим напряжение и то, как оно генерирует ток.

    Генерация тока с помощью батареи

    Батарея в Рисунок 7a имеет две клеммы. Положительная (+) клемма имеет избыток положительных ионов и описывается как имеющая положительный потенциал. Отрицательная (-) клемма имеет избыток электронов и описывается как имеющая отрицательный потенциал.

    Рисунок 7 Разность потенциалов и результирующий ток.

    Таким образом, существует разница потенциалов или напряжения (В) между двумя клеммами.

    Если мы соединим две клеммы батареи с медным проводом и лампой ( Рисунок 7b) , ток будет производиться по мере того, как электроны притягиваются к положительной клемме батареи. Другими словами, существует направленный поток электронов от отрицательной (-) клеммы к положительной (+) клемме батареи.

    Есть несколько важных моментов, которые необходимо сделать:

    1. Напряжение – это сила, которая перемещает электроны, по этой причине ее часто называют электрической силой (Э) или электродвижущей силой (ЭДС). .

    2. Ток и напряжение не одно и то же. Ток – это направленный поток электронов от минуса к плюсу. Напряжение – это электрическая сила, создающая ток. Другими словами, ток возникает в результате приложенного напряжения (электрической силы). 9{J}/{}_{C} \\\end{align}\]

    Контрольные вопросы

    Что такое напряжение?

    Напряжение — это сила, создающая ток в цепи.

    Каким образом напряжение генерирует ток в проводнике?

    Источник напряжения имеет избыток электронов (отрицательный заряд) на одном выводе и избыток положительных ионов на другом. Это называется разностью потенциалов. Избыточные электроны на отрицательном полюсе притягиваются положительными ионами на положительном полюсе. Это приводит к потоку заряда в любом проводе, соединяющем две клеммы источника напряжения.

    Какова единица измерения напряжения? Как это определяется?

    Единицей измерения напряжения является вольт. Один вольт — это количество электрической силы, которая использует один джоуль (Дж) энергии для перемещения одного кулона (Кл) заряда. 1 В = 1 Дж/Кл.

    Как бы вы определили кулон с точки зрения напряжения и энергии?

    1 кулон равен 1 джоулю на вольт, 1 Кл = 1 Дж/В

    Как бы вы определили джоуль с точки зрения напряжения и заряда?

    1 джоуль равен 1 В, умноженному на 1 кулон, 1 Дж = 1 В × 1 Кл

    Сопротивление

    Все элементы в некоторой степени противодействуют току. Это противодействие току называется сопротивлением. Чем выше сопротивление элемента, компонента или цепи, тем меньше ток, создаваемый данным напряжением.

    Сопротивление (R) измеряется в Ом . Омы представлены с помощью греческой буквы омега (Ω). С технической точки зрения один ом — это величина сопротивления, которая ограничивает ток до одного ампера при приложении электрической силы в один вольт. Это определение проиллюстрировано в Рисунок 8 .

    Рисунок 8 Основная электрическая цепь.

    Схематическая диаграмма На рис. 8 показана батарея, подключенная к резистору. Резистор — это компонент, который обеспечивает определенное сопротивление. Как показано на рисунке, сопротивление 1 Ом ограничивает ток до 1 А при подаче 1 В. Обратите внимание, что длинная полоса на конце схемы символа батареи представляет собой положительную клемму батареи, а короткая полоса на конце представляет ее отрицательную клемму.

    Собираем все вместе

    Теперь мы определили заряд, ток, напряжение и сопротивление. Для удобства эти электрические свойства приведены в таблице 1 .

    Таблица 1 : Основные электрические свойства

    Многие свойства, перечисленные в Таблица 1 , могут быть определены через другие. Например, в нашем обсуждении сопротивления мы сказали, что один ом — это величина сопротивления, которая ограничивает ток до одного ампера при приложении электрической силы в один вольт. Точно так же мы можем переопределить ампер и вольт следующим образом:

    1. Один ампер – это сила тока, которая генерируется, когда электрическая сила в один вольт прикладывается к сопротивлению в один ом.
    2. Один вольт — это величина электрической силы, необходимой для создания силы тока в один ампер через сопротивление
    Ом.

    Контрольный вопрос

    Что такое сопротивление?

    Сопротивление — это противостояние току.

    Что такое основная единица сопротивления и как она определяется?

    Единицей сопротивления является Ом (Ом). Один Ом — это величина сопротивления, которая ограничивает силу тока до 1 ампера при приложении одного вольта. 1 Ом = 1 А/В.

    Определите каждое из следующих значений через два других: ток, напряжение и сопротивление.

    1 В — это сила, необходимая для того, чтобы вызвать ток силой 1 ампер через сопротивление 1 Ом.
    1 А — это сила тока, возникающая при приложении 1 вольта к сопротивлению 1 Ом.
    1 Ом — это сопротивление, которое ограничивает ток до 1 ампера при приложении 1 вольта.

     

    Вы нашли apk для Android? Вы можете найти новые бесплатные игры и приложения для Android.

    Электрический ток, напряжение и электрическая мощность

    Что такое электрический ток?

    Термин «электрический ток» означает поток электронов или электрических зарядов. Дрейф электронов пропорционален величине приложенного напряжения или разности потенциалов. Чем больше напряжение, тем больше будет дрейф электронов. Количество электрического тока, которым обладает цепь, пропорционально плотности электронов или электрическому заряду.

    Напряжение

    Напряжение, прикладываемое к двум клеммам электрической цепи, инициирует поток электрического заряда. Скорость протекания заряда пропорциональна разности потенциалов, приложенной к материалу. Электрическое сопротивление определяет величину потока заряда или просто замедляет поток электронов в цепи.

    Электроэнергия

    Электроэнергия – это скорость передачи электрических зарядов по электрической цепи. Потребление электроэнергии в коммерческих и промышленных целях оценивается в пересчете на электрическую мощность.

    CC0 1.0 | Кредиты изображений: https://commons.wikimedia.org | GorillaWarfare

    Электрический заряд — это фундаментальное свойство, которым обладают атомные и субатомные частицы материи. Это свойство электрического заряда определяет поведение частиц при воздействии электрического и магнитного полей. Электрический заряд подчиняется закону сохранения энергии, его нельзя ни создать, ни уничтожить.
    Электрические заряды могут быть положительными и отрицательными. Например, электроны атома имеют отрицательный заряд, а протоны — положительный. Одноименные заряды вызывают силу отталкивания, а разноименные заряды вызывают силу притяжения. Экспериментально установлено, что электроны и протоны имеют одинаковые величины отрицательного и положительного заряда соответственно. Нейтроны в ядре атома обладают нулевым зарядом. Единицей электрического заряда в системе СИ является кулон, который равен 6,24×10 9 .0421 18 электрона.
    Дисбаланс электрического заряда на поверхности материала приводит к развитию статического электричества. Избыток заряда остается на поверхности до тех пор, пока он не будет перемещен через электрический разряд или не пройдет через мост электрической цепи. Статическое электричество может быть создано путем трения одного материала о другой, что приводит к переносу отрицательных зарядов или электронов.

    Закон Ома

    Закон Ома устанавливает зависимость между напряжением, сопротивлением и током в электрической цепи. Закон Ома гласит, что в цепи падение напряжения изменяется пропорционально силе электрического тока.

    Математически,

    В α I,

    , где V представляет собой напряжение, а I представляет ток.

    После замены константы пропорциональности константой уравнение сводится к

    В=IR,

    , где R – константа пропорциональности, известная как электрическое сопротивление. Единицей измерения является Ом, Ом.

    Приведенное выше соотношение означает, что напряжение V и ток I имеют линейную зависимость с сопротивлением R в виде наклона.

    Следовательно, мы можем сказать, что закон Ома справедлив только в том случае, если напряжение V и ток I изменяются линейно.

    Ампер — единица измерения электрического тока в системе СИ, принятая учеными и инженерами во всем мире. Один ампер означает поток заряда в один кулон за одну секунду.
    Электрический ток в цепи измеряется амперметром или мультиметром. Амперметр измеряет только электрический ток, тогда как мультиметр для измерения силы тока является универсальным прибором. Он измеряет множество параметров, таких как ток, напряжение, разность потенциалов, сопротивление и т. д.

    Электрическая мощность и нагревательный эффект электрического тока

    Электроэнергия (P) — это скорость, с которой передается электрический заряд для выполнения конкретной задачи. Это скорость передачи электрической энергии, используемой для работы. Работа может заключаться в том, чтобы зажечь электрическую лампочку в цепи или потреблять электроэнергию в домашнем хозяйстве.
    Электрическая мощность есть отношение между выполненной работой W и нормой времени t. Математически это можно записать так:

    P=Wt

    При упрощении получаем

    P=WQ×Qt

    Здесь скорость переноса заряда, Qt – электрический ток, I, и отношение работы к заряду. передача – падение напряжения, В. Следовательно, уравнение принимает вид

    Р=VI.

    Это выражение для мощности является фундаментальным соотношением в современной концепции электричества.

    Многие электрические компоненты, такие как электродвигатели, потребляют электроэнергию, но в то же время испытывают гистерезисные потери в виде тепловой энергии. Эти гистерезисные потери обусловлены внутренними сопротивлениями и несовершенствами. Эти потери известны как электрический гистерезис. Потребление электрической энергии в этих устройствах осуществляется как механическая работа, но за счет тепловой энергии. Мощность вырабатываемого тепла можно рассчитать по формуле

    P=I2R

    Это соотношение широко известно как закон Джоуля, или нагрев Джоуля, или омический нагрев, или резистивный нагрев.

    Величина выделяемого тепла определяется выражением

    H=I2Rt

    Где H представляет теплотворную способность, а t – временной интервал.

    Каждый проводник с током обладает сопротивлением. Это соотношение определяет величину тепла, выделяющегося в разных проводниках, имеющих разное сечение.

    Контекст и приложения

    Эта тема преподается на различных курсах бакалавриата и магистратуры, таких как:

    • Бакалавр технологии (электротехника)
    • Бакалавр технологии (электроника)
    • Бакалавр технологии (приборостроение)
    • Магистр технологии (электротехника)

    Практические задачи

    Вопрос 1. Какой из следующих параметров приводит в движение электроны в электрической цепи?

    1. Напряжение от источника напряжения
    2. Сопротивление
    3. Электрическое поле
    4. Магнитное поле

    Ответ: Вариант

    электрическая цепь.

    Q 2. В каком из следующих условий мы используем закон Ома?

    1. Когда ток и напряжение имеют линейную зависимость
    2. Когда ток и напряжение связаны нелинейной зависимостью
    3. Когда параметры тока изменяются параболически
    4. Ничего из этого

    Ответ: Вариант a

    Пояснение: Закон Ома может применяться, когда ток и напряжение изменяются линейно .

    Q 3. Какое другое название джоулева нагрева?

    1. Омический нагрев
    2. Резистивный нагрев
    3. Оба a и b
    4. Ни один из этих

    Ответ: Вариант c

    Пояснение: Другое название джоулева нагрева – омический нагрев или резистивный нагрев.

    Q 4. Какое из следующих электрических устройств нагревается при работе?

    1. Электродвигатель
    2. Электрогенератор
    3. Генератор переменного тока
    4. Все перечисленные

    Ответ: Вариант d

    Пояснение: все генератор, генератор и электродвигатель 9003.

    Q 5. Что такое единица измерения электрического заряда в системе СИ?

    1. Кандела
    2. Фарад
    3. Кулон
    4. Ом

    Ответ: Вариант c

    Объяснение: единица электрического заряда СИ

    Мы обеспечим вас пошаговыми решениями миллионов задач из учебников, экспертами в любой области наготове 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, когда вы запутались, и многое другое.

    Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов для гражданского строительства здесь!

    *Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

    Простые схемы, ток, напряжение и сопротивление – Голубиный насест

    В рамках собеседования меня недавно попросили провести демонстрационный урок по физике. Класс только начал свой раздел по электронике, поэтому я решил преподавать с помощью простой интерактивной онлайн-схемы, чтобы дать концептуальную основу для тока, напряжения и сопротивления. По моему опыту, эти темы часто сразу представляются в абстрактной форме, когда студенты рисуют принципиальные схемы и придумывают решения уравнений, не получая интуитивного представления о том, что это за концепции. Это усугубляется тем фактом, что, хотя мы можем наблюдать конечный результат электрической системы, мы не можем видеть ее внутреннюю работу.

    Есть две аналогии, которые можно использовать для электрической цепи. Один — водная система, другой — американские горки. Я пройдусь по обоим здесь. Для демонстрационного урока я использовал американские горки. Школа находилась в Нью-Йорке, и я думал, что у учеников, по большей части, будет опыт катания на американских горках. В Нью-Джерси есть водопад Патерсон, но большинство людей, с которыми я разговаривал в этом районе, не знали об этих водопадах. Я узнал об этом во время просмотра фильма Патерсон. Если бы урок проводился в Буффало, где я живу, я бы использовал пример с системой водоснабжения, поскольку Ниагарский водопад является очень важным элементом местной географии.

    Ток определяет поток электричества в цепи в направлении положительного заряда. На самом деле это поток свободных отрицательно заряженных электронов, которые создают ток, но это соглашение было определено до того, как в 20 веке была раскрыта природа атома. Электрический заряд сохраняется, то есть его нельзя создать или разрушить. Одна единица заряда — это кулон (Кл), а поток со скоростью 1 Кл/с называется ампер. Когда я учился в старших классах, ученики хвастались, сколько ампер у их стереосистем, что бесконечно радовало наших родителей.

    Если поток имеет скорость 10 галлонов в секунду, мы можем назвать это течением. Если вы смотрите на американские горки и наблюдаете, как 10 автомобилей проезжают точку за одну секунду, то 10 автомобилей в секунду — это ее ток. То же самое верно и для цепи, поток 10 единиц заряда в проводе составляет 10 Кл/с или 10 ампер. Цепь должна замкнуть петлю, чтобы ток протекал. Переключатель в положении «включено» замыкает петлю и позволяет току течь через систему. Выключенное положение разрывает петлю. Однако для создания тока требуется нечто большее, чем переключатель, и именно здесь появляется напряжение.

    Если объект находится на земле, его потенциальная энергия равна нулю. Если мы поднимем объект над землей, он получит потенциальную энергию. Эта потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, если мы отпускаем объект. Вернитесь к аналогии с американскими горками. Какой потенциальной энергией обладают автомобили, когда они находятся на одном уровне с землей? Нуль. Подставка добавляет потенциальную энергию, поднимая автомобили на холм. Циклон Кони-Айленда имеет высоту 85 футов, тогда как современные подставки могут достигать 200-300 футов. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда вы достигаете вершины и начинаете падать. Батареи делают то же самое, добавляя потенциал в цепь. Этот потенциал измеряется в вольтах.

    Комета с открытки 1950-х годов. Первый холм высотой 96 футов обеспечил потенциальную энергию для поездки. По мере уменьшения высоты в петле потенциальная энергия уменьшается — так же, как уменьшается напряжение в петле цепи.

    В аналогии с водой представьте ровный канал. Ток не течет, и фактически это приводит к застою каналов и опасности для здоровья. По этой причине каналы Амстердама промывают каждое утро. По этой же причине сегмент Буффало канала Эри был засыпан в течение 19-го века.20-е годы. Именно на этом отрезке построен И-190. Что происходит, когда вы добавляете разницу в высоте? Вспомните Ниагарский водопад. Он добавляет текущую и потенциальную энергию, которая используется для производства гидроэлектроэнергии. Вода в количестве 748 000 галлонов в секунду падает с высоты 180 футов на 25 турбин, производящих 2,6 мегаватта энергии.

    Гидроэлектростанция Роберта Мозеса. Вода отводится перед водопадом, и ее потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, а затем в электроэнергию. Кредит: Грегори Пьяновски

    Линии электростанции могут иметь напряжение в сотни тысяч. Трансформаторы понижают его до 120 вольт перед входом в дом. Напряжение также можно рассматривать как давление. Подумайте о мойке высокого давления. Более высокое давление может доставить воду дальше. Более высокое напряжение может послать искру дольше. Таким образом, хотя напряжение и ток пропорциональны друг другу, это не одно и то же. Вам нужно напряжение, чтобы запустить ток.

    Последняя часть головоломки — сопротивление. Это похоже на трение на американских горках. Без трения американские горки никогда бы не остановились, а двигались бы по непрерывному циклу. Трение между вагонами и рельсами преобразует кинетическую энергию в тепло и рассеивается в окружающем воздухе. Следовательно, паровоз должен снова подтолкнуть каботажное судно в гору, чтобы начать еще один рейс по кольцу. Сопротивление в цепи делает то же самое. Энергия в цепи преобразуется сопротивлением провода и рассеивается в виде тепла. Это приводит к падению напряжения по мере прохождения тока в петле. Батарея служит той же цели, что и горка в каботажном судне. Он добавляет напряжение или потенциал для перезапуска тока в петле.

    Сверхпроводимость представляет собой состояние нулевого сопротивления. Для этого нужна очень холодная температура. В 1980-х годах был открыт керамический материал, который поднял известную температуру сверхпроводимости с 30 К до 92 К. Средства массовой информации того времени представили это как надежду на создание практических сверхпроводящих систем, которые обеспечат высокую эффективность производства электроэнергии. С тех пор прогресс на этом фронте был медленным, по крайней мере, с точки зрения некоторых ожиданий после этого открытия. Вы можете думать о сверхпроводящей цепи как о американских горках, которым не требуется энергия для запуска каждого последующего цикла после добавления начального потенциала.

    Приведенный выше интерактивный PhET позволяет классу создавать свои собственные схемы и анализировать взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением. Ради демонстрационного урока я использовал интерактивный класс физики, так как его немного проще настроить и запустить, учитывая ограничения, связанные с демонстрационным уроком. В долгосрочной перспективе интерактив PhET более надежен. И то, и другое позволит учащемуся регулировать напряжение и ток, чтобы увидеть, как это влияет на схему.

    Ключевыми моментами для изучения классом являются:

    Цепь должна представлять собой замкнутый контур от одной клеммы батареи до другой, чтобы протекал ток. Переключатель в выключенном положении разрывает петлю, а в положении «включено» петлю замыкает. Ключ зажигания автомобиля выполняет ту же функцию.

    Чтобы ток протекал, к цепи необходимо приложить потенциал или напряжение. В противном случае это было бы похоже на попытку прокатиться на плоских американских горках.

    Напряжение или потенциал будут падать по мере прохождения тока по контуру. Это аналогично американским горкам, снижающимся по высоте (и потенциальной энергии) по мере того, как они завершают поездку, чтобы в конечном итоге остановиться на земле.

    При увеличении напряжения ток увеличивается, а при увеличении сопротивления ток уменьшается.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.